微型卫星开放式供配电分系统的制作方法

微型卫星开放式供配电分系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供的微型卫星开放式供配电分系统，包括：折叠式柔性太阳电池阵1、多自由度太阳电池阵2、锂聚合物蓄电池组A31、微型充放电管理模块A41、微型充放电管理模块B42、锂聚合物蓄电池组B32和高集成配电管理模块5；折叠式柔性太阳电池阵1、锂聚合物蓄电池组A31和微型充放电管理模块A41连接；多自由度太阳电池阵2、锂聚合物蓄电池组B32和微型充放电管理模块B42缆连接；高集成配电管理模块5和微型充放电管理模块A41、微型充放电管理模块B42连接。本发明系统配置简单，合理进行冗余设计，既提高了系统性能，又极大地减少了研制成本，可以满足微型卫星供配电分系统体积小、重量轻、研制周期短的需求。
【专利说明】微型卫星开放式供配电分系统【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星供配电【技术领域】，具体涉及微型卫星开放式供配电系统，尤其涉及一种50kg级微型卫星开放式供配电分系统。
【背景技术】
[0002]供配电分系统通过某种物理变化或化学变化将光能或化学能转换成电能，根据需要进行贮存、调节和变换，然后向卫星各分系统供电。供配电分系统一般由太阳电池阵、蓄电池组、电源控制器、电源变换器、配电器和电缆网组成。
[0003]传统卫星供配电分系统太阳电池阵通常采用刚性基板，通过一维或二维驱动实现对日定向，对称安装在卫星南北面；蓄电池组一般为镉镍电池或锂离子电池串并联组成；电源控制器通常采用模块化设计，由充放电调节、分流调节和电容阵等多个功能模块构成；电源变换器一般采用多个模块级组件集成在卫星各单机中；配电器通常采用继电器作为执行器件，由星载计算机控制；整个卫星的能量传输和信号传输则通过电缆网实现。
[0004]限于体积和重量的限制，现有微型卫星的供配电分系统可以为整星提供的能源仅为数瓦至数十瓦且最大仅支持十数路配电路数，严重限制了微型卫星的应用范围。
[0005]目前航天领域没有发现与本发明类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

【发明内容】

[0006]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微型卫星开放式供配电分系统，以解决现有微型卫星供配电分系统提供电能不足、配电路数少的问题。利用本发明，可以在不增加卫星体积和重量的条 件下大幅度提高微型卫星供配电分系统的功率输出和配电路数。
[0007]根据本发明提供的微型卫星开放式供配电分系统，包括:折叠式柔性太阳电池阵
1、多自由度太阳电池阵2、锂聚合物蓄电池组A31、微型充放电管理模块A41、微型充放电管理模块B42、锂聚合物蓄电池组B32和高集成配电管理模块5 ；
[0008]折叠式柔性太阳电池阵1、锂聚合物蓄电池组A31和微型充放电管理模块A41通过电缆连接在一起；多自由度太阳电池阵2、锂聚合物蓄电池组B32和微型充放电管理模块B42通过电缆连接在一起；高集成配电管理模块5通过电缆和微型充放电管理模块A41、微型充放电管理模块B42连接在一起。
[0009]优选地，所述折叠式柔性太阳电池阵1，主要由轻量化柔性太阳电池基板、高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵展开机构组成，高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵展开机构连接轻量化柔性太阳电池基板。
[0010]优选地，所述多自由度太阳电池阵2，主要由刚性太阳电池基板、高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵驱动机构组成，高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵驱动机构连接刚性太阳电池基板。[0011]优选地，所述锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32，各主要由两块锂聚合物电池串联组成。
[0012]优选地,所述微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42,均能够自主控制蓄电池的充放电过程，且均包含由星载计算机直接控制的蓄电池放电开关。
[0013]优选地，所述高集成配电管理模块5，基于商用功率MOS管多路阵列，支持1553B总线，用于提供最多40路控制配电和计算机主备份切换功能。
[0014]优选地，卫星星箭分离后，折叠式柔性太阳电池阵I展开，电能通过微型充放电管理模块A41传输至高集成配电管理模块5，再由高集成配电管理模块5分配至星内其它单机模块；同时在满足卫星基本能源需求后还通过微型充放电管理模块A41向锂聚合物蓄电池组A31充电。
[0015]优选地，卫星星箭分离后，多自由度太阳电池阵2解锁展开并对日定向，电能通过微型充放电管理模块B42传输至高集成配电管理模块5，再由高集成配电管理模块5分配至星内其它单机模块；同时在满足卫星基本能源需求后还通过微型充放电管理模块B42向锂聚合物蓄电池组B32充电。
[0016]优选地，卫星进行空间任务时，微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42打开放电开关，由折叠式柔性太阳电池阵1、多自由度太阳电池阵2、锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32联合向高集成配电管理模块5供电，再由高集成配电管理模块5分配至星内其它单机模块。
[0017]优选地，卫星完成空间任务以后，在阴影期时，微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42打开放电开关，由锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32向高集成配电管理模块5供电；在光照期时，由折叠式柔性太阳电池阵I和多自由度太阳电池阵2通过微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42向高集成配电管理模块5供电，并同时向锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32充电。
[0018]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0019]1、本发明采用先进的微电子技术和材料技术，系统配置简单，合理进行冗余设计，选用工业级和商业级的器件与组件，既提高了系统性能，缩短了研制时间，又极大的减少了研制成本，可以满足50kg级微型卫星供配电分系统成本低、体积小、重量轻、研制周期短的需求。
[0020]2、采用不调节母线供电体制，系统配置简单，缩短研制时间；
[0021]3、采用轻型化的折叠式柔性太阳电池阵在分配重量不变的条件下大幅度提高卫星的太阳电池可布片面积；
[0022]4、在卫星姿态机动状态下系统通过多自由度太阳电池阵的转动保证太阳电池处于最佳的光照条件；
[0023]5、采用具有更高比能量的锂聚合物电池作为贮能设备，为卫星在阴影期提供充足的能源；
[0024]6、采用商业级的高集成芯片替代传统的单机设备实现电源的充放电管理和配电控制功能；
[0025]5、通过双太阳电池阵、双蓄电池组和双充放电管理模块的冗余设计，增强整个分系统的安全性与可靠性；[0026]8、采用热控、测控、数传和姿轨控等多系统联合控制方式实现不调节母线能源分流。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0028]图1为微型卫星开放式供配电分系统原理组成框图。
[0029]图中:
[0030]I为折叠式柔性太阳电池阵；
[0031]2为多自由度太阳电池阵；
[0032]31为锂聚合物蓄电池组A ；
[0033]32为锂聚合物蓄电池组B ；
[0034]41为微型充放电管理模块A ；
[0035]42为微型充放电管理模块B ；
[0036]5为高集成配电管理模块。
【具体实施方式】
[0037]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0038]请参考图1，图1为本发明提供的一种微型卫星开放式供配电分系统的原理组成框图，如图1所示，本发明提供的微型卫星开放式供配电分系统，采用不调节母线，包括折叠式柔性太阳电池阵、多自由度太阳电池阵、锂聚合物蓄电池组、微型充放电管理模块和高集成配电管理模块。
[0039]折叠式柔性太阳电池阵主要由轻量化柔性太阳电池基板、高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵展开机构组成，整个电池阵重量不大于2kg，最佳光照条件下为卫星提供功率不小于90W。
[0040]多自由度太阳电池阵主要由刚性太阳电池基板、高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵驱动机构组成，整个电池阵重量不大于2.5kg,最大输出功率不小于90W,可实现最大六自由度转动。
[0041]锂聚合物蓄电池组主要由两块锂聚合物电池串联组成，最大可储存35Wh电能，单个蓄电池组重量不大于500g，平均输出电压为3.5V，容量不小于10Ah。
[0042]微型充放电管理模块基于商业级充放电管理芯片设计，可自主控制蓄电池的充放电过程，并包含蓄电池放电开关，由星载计算机直接控制，重量不大于50g，最大放电电流不小于10A，最大充电电流不小于8A。
[0043]高集成配电管理模块基于商用功率MOS管多路阵列，可提供最多40路控制配电和计算机主备份切换功能。高集成配电管理模块采用1553B总线与星载计算机通信，在接收指令后通过FPGA译码控制配电通道通断。配电执行器件采用商用功率MOS管多路阵列，可提供最多40路控制配电，每路最大输出电流不小于5A。高集成配电管理模块还提供计算机备份切换电路，并由测控系统直接控制。高集成配电管理模块重量不大于300g。
[0044]本发明提供的微型卫星开放式供配电分系统的工作过程如下:
[0045]卫星星箭分离前由锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32分别通过微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42向卫星提供能源。
[0046]卫星星箭分离后折叠式柔性太阳电池阵I展开，电能通过微型充放电管理模块A41传输至高集成配电管理模块5，再由高集成配电管理模块5分配至星内其它单机模块。同时在满足卫星基本能源需求后还通过微型充放电管理模块A41向锂聚合物蓄电池组A31充电。
[0047]卫星星箭分离后多自由度太阳电池阵2解锁展开并对日定向，电能通过微型充放电管理模块B42传输至高集成配电管理模块5，再由高集成配电管理模块5分配至星内其它单机模块。同时在满足卫星基本能源需求后还通过微型充放电管理模块B42向锂聚合物蓄电池组B32充电。
[0048]卫星进行空间任务时微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42打开放电开关，由折叠式柔性太阳电池阵1、多自由度太阳电池阵2、锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32联合向高集成配电管理模块5供电，再由高集成配电管理模块5分配至星内其它单机模块。
[0049]卫星完成空间任务以后，在阴影期时，微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42打开放电开关，由锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32向高集成配电管理模块5供电。在光照期时，由折叠式柔性太阳电池阵I和多自由度太阳电池阵2通过微型充放电管理模块A41和微型充放电管理模块B42向高集成配电管理模块5供电,并同时向锂聚合物蓄电池组A31和锂聚合物蓄电池组B32充电。
[0050]当卫星完成蓄电池组充电后，多余电能通过星载计算机自主控制卫星热控、测控、数传和姿轨控系统的工作模式实现不调节母线供配电系统的能源分流。
[0051]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，包括:折叠式柔性太阳电池阵(I)、多自由度太阳电池阵(2)、锂聚合物蓄电池组A (31)、微型充放电管理模块A (41)、微型充放电管理模块B (42)、锂聚合物蓄电池组B (32)和高集成配电管理模块(5);折叠式柔性太阳电池阵(I)、锂聚合物蓄电池组A (31)和微型充放电管理模块A (41)通过电缆连接在一起；多自由度太阳电池阵(2)、锂聚合物蓄电池组B (32)和微型充放电管理模块B (42)通过电缆连接在一起；高集成配电管理模块(5)通过电缆和微型充放电管理模块A (41)、微型充放电管理模块B (42)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，所述折叠式柔性太阳电池阵(1)，主要由轻量化柔性太阳电池基板、高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵展开机构组成，高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵展开机构连接轻量化柔性太阳电池基板。
3.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，所述多自由度太阳电池阵(2)，主要由刚性太阳电池基板、高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵驱动机构组成，高转换效率三结砷化镓太阳电池和微型电池阵驱动机构连接刚性太阳电池基板。
4.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，所述锂聚合物蓄电池组A (31)和锂聚合物蓄电池组B (32)，各主要由两块锂聚合物电池串联组成。
5.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，所述微型充放电管理模块A (41)和微型 充放电管理模块B (42),均能够自主控制蓄电池的充放电过程，且均包含由星载计算机直接控制的蓄电池放电开关。
6.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，所述高集成配电管理模块(5)，基于商用功率MOS管多路阵列，支持1553B总线，用于提供最多40路控制配电和计算机主备份切换功能。
7.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，卫星星箭分离后，折叠式柔性太阳电池阵(I)展开，电能通过微型充放电管理模块A (41)传输至高集成配电管理模块(5)，再由高集成配电管理模块(5)分配至星内其它单机模块；同时在满足卫星基本能源需求后还通过微型充放电管理模块A (41)向锂聚合物蓄电池组A (31)充电。
8.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，卫星星箭分离后，多自由度太阳电池阵(2)解锁展开并对日定向，电能通过微型充放电管理模块B (42)传输至高集成配电管理模块(5)，再由高集成配电管理模块(5)分配至星内其它单机模块；同时在满足卫星基本能源需求后还通过微型充放电管理模块B (42)向锂聚合物蓄电池组B (32)充电。
9.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，卫星进行空间任务时，微型充放电管理模块A (41)和微型充放电管理模块B (42)打开放电开关，由折叠式柔性太阳电池阵(I)、多自由度太阳电池阵(2)、锂聚合物蓄电池组A (31)和锂聚合物蓄电池组B (32)联合向高集成配电管理模块(5)供电，再由高集成配电管理模块(5)分配至星内其它单机模块。
10.根据权利要求1所述的微型卫星开放式供配电分系统，其特征在于，卫星完成空间任务以后，在阴影期时，微型充放电管理模块A (41)和微型充放电管理模块B (42)打开放电开关，由锂聚合物蓄电池组A (31)和锂聚合物蓄电池组B (32)向高集成配电管理模块 (5)供电；在光照期时，由折叠式柔性太阳电池阵(I)和多自由度太阳电池阵(2)通过微型充放电管理模块A (41)和微型充放电管理模块B (42)向高集成配电管理模块(5)供电，并同时向锂聚合物蓄电池组A (31)和锂聚合物蓄电池组B (32)充电。
【文档编号】B64G1/44GK103723288SQ201310705290
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】侯建文, 袁建平, 邹兴, 李秀伟, 宋涛 申请人:上海卫星工程研究所